Закон Ома. Графіки струму та напруги

У колі постійного струму при постійній напрузі й опорах незмінними залишаються струм, потужність, енергія електричного та магнітного полей. Процеси у колах змінного струму відрізняються. Змінна напруга на зажимах електричного кола створює в ньому змінний струм. Магнітне поле змінного струму змінюється й створюється ЕРС самоіндукції. Змінюється і електричне поле, тобто і його енергія. Потужність кола, яка характеризує швидкість перетворення енергії, теж змінюється зі зміною струму. Тобто при аналізі змінних кіл потрібно враховувати як перетворення енергії так і зміну електричного та магнітного полей. Тому, електричне коло змінного струму характеризують трьома параметрами: опором, індуктивністю та ємністю. В елементах кола з індуктивністю та ємністю енергія у вигляді тепла не виділяється, а періодично накопичується у магнітному та електричному полях, а потім повертається до джерела електроенергії. Ці елементи називають реактивними і їх вплив враховують реактивним опором. У техніці зустрічаються кола, в яких може переважати той чи інший параметр, тоді коли інші параметри виявлені слабо і ними можна нехтувати. Таким чином, у колах змінного струму існують наступні види навантаження:

· Активне - це опір у колі змінного струму, в якому відбувається незворотне перетворення електричної енергії в інші види енергії. Позначається - R, Ом. Приклад - опір дроту реостату, дроти кола, нить електричної лампи. Активний опір, як і постійний не залежить від частоти струму. Позначення активного опору в схемах та його залежність від частоти струму вказані на рис.6.1.

· Реактивне індуктивне (індуктивне). Позначається - X_L,Ом. Приклад - ненавантажений трансформатор.

· Реактивне ємнісне (ємнісне). Позначається - X_С, Ом. Приклад - кабельна лінія без навантаження.

Рисунок 6.1 - Позначення активного опору в схемах (1) та його залежність

від частоти струму (2)

Повний опір кола. Позначається - Z, Ом. Він враховує, як активне, так і реактивне навантаження кола. Реактивне навантаження кола складається з індуктивного та ємнісного:

Між собою опори у змінному колі пов’язанні трикутником опорів (рис6.2), з якого за теоремою Піфагора:

Рисунок 6.2 - Трикутник опорів у колах змінного струму

Розглянемо коло змінного струму з одним активним опором і уявимо, що вплив індуктивності та ємності на процеси незначний.

У колі з резистивним елементом при синусоїдній напрузі

проходе синусоїдний струм, так як по закону Ома:

Тобто, у будь-який момент часу миттєве значення струму пропорційно миттєвому значенню напруги і графіки струму та напруги будуть. Вісі декартових координат при побудові векторних діаграм можна не вказувати.

У колах з активним опором струм й напруга збігаються за фазою (синфазні):

Хвильова та векторна діаграми струму і напруги у колі з резистивним елементом приведенні на рис.6.3.

Спад напруги на активному опорі теж збігається за фазою зі струмом.

Закон Ома для усіх значень струму та напруги в цьому колі буде:

Рисунок 6.3 - Хвильова та векторна діаграми струму і напруги у колі з резистивним елементом